Le travail en cours (.pdf)

Chapitre 3

Sources de lumière colorée

Les sources de

lumière

Quelle est le point commun entre toutes ces sources lumineuses ?

Source incandescente

Tous ces corps émettent de la lumière parce qu’ils sont portés à haute température. Ce sont des sources incandescentes de lumière

Les sources les moins chaudes émettent une lumière rouge sombre

Les sources les plus chaudes émettent une lumière blanche (voire bleue pour certaines étoiles)

Qu’observons-nous si nous décomposons la lumière qu’ils émettent ?

http://ate-conseil.eu/actualites-2-l-entreprise-a-propos-de-la-vie-d-ate-conseil.html

Source

incandescente

Par synthèse additive, les radiations du spectre, selon la richesse de ce dernier, donneront des lumières de rouge à blanc quand toutes les radiations seront présentes.

Le spectre ne dépend que de la température du corps. Au fur et à mesure que cette dernière augmente, le spectre s’enrichit en radiations du rouge vers le violet.

https://medecinelaser.wordpress.com/2012/02/21/comparaison-ampoulelaser/

Les spectres obtenus sont des spectres continus présentant une partie ou la totalité du spectre de la lumière blanche.

Quelle est le point commun entre toutes ces sources lumineuses ?

Source luminescente

Certains gaz, sous l’effet d’une décharge électrique, émettent de la lumière. Ce processus est utilisé dans les lampes à vapeur (hélium, mercure, sodium, etc…), les tubes fluorescents et les

lampes fluocompactes

Les DEL (diodes

électroluminescentes ou LED)

émettent de la lumière quand elles sont traversées par un courant

http://www.pixelcreation.fr/nc/galerie/voir/lobserveur_du_design_2008/observeur_

du_design_2008/324_lucioles_solaires_innob/

Mono ou

polycromatique

Activité 1 :

1) Voici trois spectres. Décrivez ce que vous observez et précisez en quoi ils sont identiques et différents.

Ce sont trois spectres d’émission

Le premier est un spectre discontinu et présente plusieurs raies colorées sur fond noir

Le deuxième est un spectre continu et présente toutes les radiations de la lumière blanche

Le dernier est un spectre sur fond noir ne présentant qu’une seule et unique raie colorée.

2) Parmi ces spectres, lequel serait celui d’une lumière monochromatique. Justifiez.

Une lumière monochromatique ne contient qu’une seule radiation.

C’est donc le cas d’un seul spectre parmi les 3 :

Les autres spectres sont ceux de lumière polychromatique

La lumière blanche

Son spectre contient toutes les radiations allant du rouge jusqu’au violet : c’est une lumière polychromatique

Chaque radiation est caractérisée par sa longueur d’onde λ exprimée en m (nm et μm)

Les limites du spectre du visible sont entre 380 nm (violet) et 780 nm (rouge)

Au dessus de 800nm, ce sont les infrarouges et en dessous de 380 nm, ce sont les ultraviolets, lumières non visibles

Composition colorée d’une

source

Activité 2 :

Attribuez la couleur de lampe au spectre de la lumière.

Comment avez-vous raisonné pour les mettre en correspondance ?

L’exercice est un peu difficile mais l’important est de comprendre le principe. La couleur de la lumière émise résulte de la

synthèse additive des radiations colorées qui composent son spectre

Procédons par élimination :

- une raie jaune donc une lumière jaune pour la lampe à vapeur de sodium

- une forte raie verte pour une lumière à dominante bleu-vert pour la lampe à vapeur de mercure

- c’est plus compliqué pour la dernière comme il ne reste plus qu’elle, c’est simple !

Le corps noir

Un corps noir est un objet théorique qui a la capacité d’absorber toutes les ondes qu’il reçoit avant de les réémettre lorsqu’il est chauffé sous la forme d’un spectre continu qui ne dépend que de la température.

Toutes les radiations du spectre ne sont pas émises avec la même intensité. Parmi elles, il en existe une des longueurs d’onde λ_max qui est celle pour laquelle l’intensité d’émission est maximum.

http://media4.obspm.fr/public/FSU/te mperature/rayonnement/corps-

noir/loi-de-wien/OBSERVER.html

Activité 3 : savoir comprendre et exploiter une courbe

1) Pour quelle valeur de longueur d’onde l’intensité lumineuse est-elle maximum pour une étoile à 6000 K ?

2) Pour quelle température d’étoile la valeur de λ_max est-elle de l’ordre de 400 nm ?

1) Je construis la valeur maximale de l’intensité lumineuse et la valeur de λ correspondante sur la courbe 6000 K.

λ_max = 480 nm

2) Je construis la valeur maximale de λ_max= 400 nm.

Elle correspond à une intensité maximale sur la courbe de 7000 K.

480

La loi de Wien

Elle lie λ_max et la température T du corps :

λ_max x T = A A = 2,90.10^-3 m.K

λ_max en m

T en K, unité légale de température Conversion utile : T(K) = T(°C) + 273

http://www.astro-

rennes.com/initiation/corps_noir.php

Exploitation

Activité 4 : voici l'intensité des différentes radiations émises par le soleil en fonction de λ.

1) Évaluez la longueur d'onde pour laquelle l'intensité est maximale.

2) Exprimez et calculez la température du soleil grâce à la loi de Wien : λ_max x T = A = 2,90.10^-3 m.K. Comparez à la valeur de la courbe.

http://physique.paris.iufm.fr/lumiere/coulphy.html

1) Je construis la valeur de λ pour laquelle l’intensité lumineuse est maximale.

λ_max = 0,50 μm = 5,0.10^-7 m

2) T = A / λ_max = 2,90.10^-3 / 5,0.10^-7 = 5,8.10³ K T(°C) = T(K) - 273 = 5,8.10³ – 2,8.10² = 5,5.10³ °C

pour 5450 °C sur la courbe : valeurs égales avec 2 CS

http://physique.paris.iufm.fr/lumiere/coulphy.html

0,50

Activité 5 : un filament de tungstène est porté à la température de 2500 °C.

1) Quel est le nom de la loi qui lie

température d’un corps lumineux et la longueur d’onde λ_max pour laquelle

l’intensité lumineuse est la plus grande ?

2) Exprimez et calculez la valeur de λ_max.

Donnée : λ_max x T = A = 2,90.10^-3 m.K

3) À quel type d’onde appartient λ_max ?

http://www.tungsten-bar.com/french/tungsten-wire.html

1) C’est la loi de Wien

2) Conversion : T(K) = T(°C) + 273 T(K) = 2500 + 273 = 2,773.10³

λ_max = A / T = 2,90.10^-3 / 2,773.10³ λ_max = 1,05.10^-6 m = 1,05.10³ nm soit environ 1000 nm soit 1 μm

3) λ_max est donc dans l’IR, car λ_max est supérieure à 800 nm ou 0,8 μm

http://www.tungsten-bar.com/french/tungsten-wire.html

Chapitre 3

Sources de lumière colorée

C’est fini…